Разработка антиоксидантных компонентов для термостойких функциональных композиционных материалов на основе фосфатных связующих : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель А. И. Лесникович

Abstract

Объект исследования – углеродсодержащий композиционный материал на основе фосфатной матрицы, модифицированной антиоксидантными добавками. Цель исследования – разработка антиоксидантных компонентов для термостойких функциональных композиционных материалов (ТФКМ) на основе фосфатных связующих. Методология исследования. Идея проекта состоит в изучении влияние антиоксидантных добавок (бор, фосфор и их смеси) на термоокислительную устойчивость углеродсодержащих фосфатных композитов в широком интервале температур, разработке методики получения материалов с необходимыми физико-химическими характеристиками. Результаты работы. Исследовано влияние антиоксидантных компонентов (бора, фосфора и их смеси) на окислительную устойчивость углеродсодержащих термостойких композиционных материалов. В качестве углеродсодержащих функциональных наполнителей использованы углеродные волокна (УВ) и многослойные углеродные нанотрубки (МУНТ). Изучены термические превращения углеродсодержащих фосфатных композиций, приготовленных на основе алюмофосфатного связующего (молярное соотношение P/Al = 3/1) и наполнителя (массовое соотношение компонентов α-Al2O3/AlN = 9/1) в температурном интервале 20–1000 °С. Установлено, что процесс окисления углеродсодержащих наполнителей в фосфатной матрице происходит на 100–150 °С выше по сравнению с началом окисления индивидуальных углеродных компонентов. Показано, что введение бора, фосфора и их смеси в исследуемые материалы сдвигает температурный интервал окисления углеродных компонентов в фосфатных композитах в область более высоких температур на 150–200 °С. Установлено, что окисление бора в присутствии фосфора происходит при температурах на 100–130 °С выше по сравнению с аналогичным процессом в борсодержащей фосфатной композиции. Исследовано влияние массовой доли УВ, МУНТ, бора и фосфора на прочностные характеристики термостойких фосфатных композиционных материалов. Показано, что введение перечисленных компонентов в количествах до 10 масс. % позволяет получать композиционные материалы различного функционального назначения с необходимыми физико-химическими и прочностными характеристиками. Область применения. Разработанный в рамках задания новый композиционный материал может быть применен для изготовления электропроводящих термостойких углеродсодержащих композитов, работающих при более высоких температурах. Полученные композиты обладают необходимыми эксплуатационными свойствами, что позволяет в дальнейшем создавать на их основе материалы функционального назначения с рабочими температурами до 700 °С для прикладной ядерной физики, атомной энергетики, авиа- и космических приложений.